java实现Bubble冒泡排序详解(java面试必背)

简介: Bubble冒泡排序

Bubble冒泡排序

冒泡排序(Bubble Sort),是一种计算机科学领域的较简单的排序算法


需求:


排序前:{4,5,6,3,2,1}


排序后:{1,2,3,4,5,6}


一、排序原理:

比较相邻的元素。如果前一个元素比后一个元素大,就交换这两个元素的位置。


对每一对相邻元素做同样的工作,从开始第一对元素到结尾的最后一对元素。最终最后位置的元素就是最大值。


image.png

图片来源于网络,侵权立删!


二、冒泡排序API设计:


image.png

三、冒泡排序的代码实现:

package com.tjcu;
/**
 * @author 王恒杰
 * @version 1.0
 * @date 2021/9/22 8:34
 * @email 1078993387@qq.com
 * @Address 天津
 * @Description:
 */
public class Bubble {
    /**
     * 对数组内的元素进行排序
     * @param a
     */
    public static void sort(Comparable[] a){
//        第一个for循环控制轮数,比较次数
//          第一轮比较的数是a.length-1
        for (int i = a.length-1; i >0; i--) {
//            是数组相邻的两个数进行比较
            for (int j = 0; j <i ; j++) {
                int result= a[j].compareTo(a[j + 1]);
                if(result>0){
                    each(a,j,j+1);
                }
            }
        }
    }
    /**
     * 判断两个数据大小
     * @param a
     * @param b
     * @return
     */
 private static boolean greate(Comparable a,Comparable b){
        return  a.compareTo(b)>0;
    }
    /**
     * 交换
     * @param a
     * @param i
     * @param j
     */
    private static void each(Comparable[] a,int i,int j){
        Comparable temp = a[i];
        a[i]=a[j];
        a[j]=temp;
    }
}

测试类:


package com.tjcu;
import java.util.Arrays;
/**
 * @author 王恒杰
 * @version 1.0
 * @date 2021/9/22 8:55
 * @email 1078993387@qq.com
 * @Address 天津
 * @Description:
 */
public class TestBubble {
    public static void main(String[] args) {
        Integer[] arr={9,8,7,65,4,3,2,12};
        Bubble.sort(arr);
        System.out.println(Arrays.toString(arr));
    }
}

四、冒泡排序的时间复杂度分析

冒泡排序使用了双层for循环,其中内层循环的循环体是真正完成排序的代码,所以,我们分析冒泡排序的时间复杂度,主要分析一下内层循环体的执行次数即可。


在最坏情况下,也就是假如要排序的元素为{6,5,4,3,2,1}逆序,那么:
元素比较的次数为:
 (N-1)+(N-2)+(N-3)+...+2+1=((N-1)+1)*(N-1)/2=N^2/2-N/2;
元素交换的次数为:
 (N-1)+(N-2)+(N-3)+...+2+1=((N-1)+1)*(N-1)/2=N^2/2-N/2;
总执行次数为:
 (N^2/2-N/2)+(N^2/2-N/2)=N^2-N;
按照大O推导法则,保留函数中的最高阶项那么最终冒泡排序的时间复杂度为O(N^2).

五、冒泡排序综合题:

排序规则:数组两个相邻的元素依次比较,每次将最大的数值放到最后的位置

效果.gif


该图片详细记录冒泡排序执行流程,图是王宇希老师所画


代码实现

package com.tjcu;
import java.util.Arrays;
/**
 * @author 王恒杰
 * @version 1.0
 * @date 2021/9/22 9:47
 * @email 1078993387@qq.com
 * @Address 天津
 * @Description:
 */
public class BubbleDemo1 {
    public static void main(String[] args) {
        int[] a={1,2,3,4,56,7,8};
//        比较轮数应该是n-1
        for (int i = 1; i <a.length ; i++) {
//            元素比较
            for(int j=0;j<a.length-1;j++){
                if (a[j] > a[j+1]) {
                    int temp=a[j];
                    a[j]=a[j+1];
                    a[j+1]=temp;
                }
            }
        }
        System.out.println(Arrays.toString(a));
    }
}

优化一(减少头部有序区验证)

优化思想:如果本轮有交换则继续排序,如果本轮没交换则认为数组已称为有序数组,跳出大循环。

package com.tjcu;
import java.util.Arrays;
/**
 * @author 王恒杰
 * @version 1.0
 * @date 2021/9/22 9:47
 * @email 1078993387@qq.com
 * @Address 天津
 * @Description:
 */
public class BubbleDemo1 {
    public static void main(String[] args) {
        int[] a={1,2,8,4,56,7,9};
//        比较轮数应该是n-1
        for (int i = 1; i <a.length ; i++) {
//            元素比较
            Boolean isSort=true;
            for(int j=0;j<a.length-1;j++){
                if (a[j] > a[j+1]) {
                    int temp=a[j];
                    a[j]=a[j+1];
                    a[j+1]=temp;
                    isSort=false;
                }
                if(isSort){
                    break;
                };
            }
        }
        System.out.println(Arrays.toString(a));
    }
}

优化二(减少尾部有序区验证)

优化思想:每次排序记录最后一次交换元素的位置,确认无序区边界,下次排序以边界为结束条件,减少多余的验证。

int[] a = {3,4,2,1,5,6,7,8};
int lastIndex = 0;
int sortedIndex = a.length -1;
for (int i = 1; i < a.length; i++) {
  //有序标记,每一轮的初始是true
   boolean isSorted = true;
   for(int j=0; j<sortedIndex; j++){
      if(a[j]>a[j+1]){
          //交换元素位置
          int temp = a[j];
          a[j] = a[j+1];
          a[j+1] = temp;
          lastIndex= j+1;//记录最后一次修改元素的位置,确认有序区边界
          //有元素交换,所以不是有序,标记变为false
          isSorted = false;
       }
       sortedIndex = lastIndex;//有序区边界作为下次比较的结束位置
   }
   //如果没有交换isSorted为true,选择跳出循环,结束排序
   if(isSorted) break;
}

六、从大到小排序

package com.tjcu;
import java.util.Arrays;
/**
 * @author 王恒杰
 * @version 1.0
 * @date 2021/9/22 20:48
 * @email 1078993387@qq.com
 * @Address 天津
 * @Description:
 */
public class BubbleTest1 {
    public static void main(String[] args) {
        int[] a={1,36,4,10,39,67};
//        控制轮数
        for (int i = 1; i < a.length; i++) {
//            控制比较次数
          boolean  isSorted=true;
            for (int j = 0; j < a.length-1; j++) {
               if(a[j]<a[j+1]){
                   int temp=a[j];
                   a[j]=a[j+1];
                   a[j+1]=temp;
                   isSorted=false;
               }
            }
            if(isSorted){
                break;
            }
        }
        System.out.println(Arrays.toString(a));
    }
}
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